af David Harris
stop mig ikke nu
(billede: Ellinor Hall/Johner / Corbis)
en kugle, der spinder i et vakuum, bør aldrig bremse, da ingen ydre kræfter virker på den. Det var i hvert fald det, Niall ville have sagt. Men hvad nu hvis vakuumet i sig selv skaber en type friktion, der sætter bremserne på roterende genstande? Effekten, som snart kan påvises, kunne virke på interstellære støvkorn.
i kvantemekanik siger usikkerhedsprincippet, at vi aldrig kan være sikre på, at et tilsyneladende vakuum virkelig er tomt. I stedet sprudler rummet med fotoner, der konstant springer ind og ud af eksistensen, før de kan måles direkte. Selvom de kun vises flygtigt, udøver disse “virtuelle” fotoner de samme elektromagnetiske kræfter på de objekter, de støder på, som normale fotoner gør.
annonce
nu, Alejandro Manjavacas og F. Javier Garcia de Abajo fra Institut for optik ved det spanske Nationale Forskningsråd i Madrid siger, at disse kræfter skal bremse spindeobjekter. Ligesom en frontkollision pakker et større slag end et tryk mellem to biler den ene bag den anden, kolliderer en virtuel foton, der rammer et objekt i retning modsat dets spin, med større kraft, end hvis den rammer i samme retning.
så over tid vil et roterende objekt gradvist bremse, selvom lige mange virtuelle fotoner bombarderer det fra alle sider. Den rotationsenergi, den mister, udsendes derefter som virkelige, påviselige fotoner (fysisk gennemgang a, DOI&kolon; 10.1103/PhysRevA.82.063827).
effektens styrke afhænger af objektets make-up og størrelse. Objekter, hvis elektroniske egenskaber forhindrer dem i let at absorbere elektromagnetiske bølger, såsom guld, kan decelerere lidt eller slet ikke. Men små partikler med lav densitet, som har mindre rotationsmoment, sænkes dramatisk.
decelerationshastigheden afhænger også af temperaturen, da jo varmere det er, jo mere virtuelle fotoner springer ind og ud af eksistensen og producerer friktionen. Ved stuetemperatur ville et 100 nanometer bredt korn af grafit, den slags, der er rigeligt i interstellært støv, tage omkring 10 år at bremse til omkring en tredjedel af sin oprindelige hastighed. Ved 700 liter c, en gennemsnitstemperatur for varme områder i universet, ville det samme hastighedsfald kun tage 90 dage. I det kolde interstellare rum ville det tage 2, 7 millioner år.
kunne denne effekt testes i laboratoriet? Manjavacas siger, at eksperimentet ville kræve et ultrahøjt vakuum og højpræcisionslasere for at fange nanopartiklerne, forhold, der er “krævende, men nås i overskuelig fremtid”.
John Pendry fra Imperial College i London kalder analysen et “fint stykke arbejde” og siger, at det kunne give indsigt i, om kvanteinformation nogensinde ødelægges, for eksempel når den falder i et sort hul. Han siger, at de virkelige fotoner, der udsendes under decelerationsprocessen, skal indeholde information om kvantetilstanden for den roterende partikel, ligesom fotonerne troede at flygte fra sorte huller, da Høgestråling menes at kode information om hullerne.
“dette er en af de få elementære processer, der omdanner det, der ser ud til at være rent klassisk mekanisk energi, til en stærkt korreleret kvantetilstand,” siger Pendry.
sådan flyder du over et vakuum
Houdini ville være stolt. Det ser ud til, at der er en måde at svæve et objekt i et vakuum bare ved at kanalisere kvantesvingningerne.
tricket involverer Casimir-effekten, hvor objekter meget tæt på hinanden trækkes sammen takket være kvantesvingninger i vakuumet mellem og omkring dem. Når to plader bringes tættere sammen, kan der for eksempel forekomme færre udsving i mellemrummet mellem dem. Svingninger på deres ydre sider fortsætter dog som normalt. Denne trykforskel på begge sider af pladerne tvinger dem til at klæbe sammen.
i de senere år har fysikere forsøgt at udvikle måder til at vende Casimir-effekten og afvise nærliggende objekter, hvilket får dem til at svæve. Tidligere forslag har inkluderet indsættelse af forskellige materialer mellem objekterne, der skal frastødes – såsom eksotiske metamaterialer, der bøjer elektromagnetiske bølger på den modsatte måde til det forventede, hvilket vender Casimir-effekten.
nu skitserer Stanislav Maslovski og M. Kurrio Silveirinha fra University of Coimbra i Portugal en måde at afvise genstande uden fyldmateriale på. Deres opsætning, beskrevet i et papir, der skal vises i fysisk gennemgang a, bruger 40 nanometer brede Sølvstænger, der sidder fast i et underlag som stearinlys på en kage.
de metalliske “stearinlys” ville kanalisere udsvingene mellem dem og skubbe alt, der er placeret Der væk. Så hvis en perforeret metalstang blev sænket over lysene, med et stearinlys, der stikker gennem hvert hul, bør stangen flyde, afstødt i alle retninger af lysene mellem og omkring hvert hul.
mere om disse emner:
- kosmologi
